用于位置感知设计的新一代的OEM GPS设备和模块研究

这些天的设备可以让我们知道他们在哪里。因此，许多新设计可以利用可追踪性;查询不仅可以确定所采用的路线，还可以将其他感官数据与此信息融合，以创建其所接触条件的完整图片（现在通常用于验证农产品的新鲜度）。人们也可以像商业资产一样被跟踪，我们都经历过与3G和4G服务相关的智能手机和平板电脑，这些服务具有位置感知和位置共享功能。这是通过蜂窝算法来完成的，该算法测量时间，相位和信号强度以到达插值位置，该插值位置可以覆盖在地图上或甚至是架空卫星照片上。分析师预测2018年室内位置市场将达到40亿美元。虽然私人和商业Wi-Fi信号源可用作定位信标，但Wi-Fi并非无处不在。此外，条件可能会发生变化，设备可能会中断或出现故障，并且像地图一样，所有这些数据都需要保持准确。

GPS问题较少。由于不断增长的需求和竞争，新一代的OEM GPS设备和模块使用更少的功率，更小，并且具有更简单的用户界面。现成的模块可以放在主板或盒子里，而且，您无需等待和支付移动电话服务。

本文介绍了一些用于位置感知设计的新GPS解决方案使用更少的功率，更小的尺寸，并且比以前的部件更精确和可靠。

极为重要的组件

无人机飞机的快速开发和使用有助于创造一个蓬勃发展的市场精确的位置感知系统。这不再仅仅是一项军事技术，因为新闻机构，紧急救灾服务和当天的航运公司都在争夺这一趋势的一部分。

在这些半自动机器中，精确的冗余位置感知至关重要因为他们必须符合已绘制的飞行路径和禁飞区。由于责任至关重要，如果其中一架无人机发生故障并从天而降，公司可能会陷入困境，可能造成损害或伤害。因此很难低估这些系统中使用的GPS组件的重要性。

测量位置的能力可能取决于GPS芯片或模块的位置。来自太空卫星的主要L1 1575.42 MHz RF信号是微弱信号，GPS天线周围的材料可能进一步削弱信号。此外，GPS模块的位置会影响信号恢复，特别是在进行大量高速数字切换的情况下。因此，对于关键应用，可以使用外部天线，如Taoglas MA206.A.AB .004粘合剂安装的50ΩGPS天线盘（图1）。所谓的黄貂鱼是一种GPS天线和有源（2.7至3.3 V）LNA，可以远程安装，例如在船的桅杆上。相对较低的噪声（1.5 dB）和高32 dB增益在2.4 GHz时也很敏感，因此可以在靠近陆地时双重使用G3/G4。

图1：这种有源双频外置天线可以扩展嵌入式GPS芯片或模块的范围和灵敏度，可能无法对卫星数据流进行清晰无阻的视线访问。

这种方法的加固版本可以通过Parallax 28508组合GPS模块和外部同轴天线开箱即用。基于BASIC Stamp模块，它可以原样使用，也可以作为开发和学习套件使用。

GPS越小越好，因为每个模块的核心至少是一个芯片，设计师希望把事情掌握在自己手中可以利用现有的芯片级解决方案。对于非常大批量的应用，这可以节省资金并为应用提供最佳设计。

Skyworks SE4150L-R等芯片级设备提供高度集成的解决方案，包括双增益模式LNA（0和11 dB），双增益模式混频器缓冲器（32和24 dB），以及带超控的天线开关。该器件具有两个可选择的输入，能够检测天线电流以选择最佳输入源。

基于硅锗技术，Skyworks器件采用高线性片上LNA，其中一个输入允许用于没有外部LNA的多功能无线系统。一个漂亮的镜像抑制，低IF混频器与线性AGC和片上IF滤波器一起使用。

针对3.3 V工作优化，小型（4 x 4 x 0.9 mm）全集成接收器的功耗小于待机模式下为10μA，为GPS基带设备提供了良好的流通布局。注意，仍然需要外部天线和/或匹配网络，但在芯片形式中，设计人员可以放置部件以优化机械约束。

Maxim是该领域的另一个参与者，其功能还包括MAX2769BETI/V +通用GPS接收器芯片，集成高性能LNA，天线传感器和可编程增益放大器。该器件将ADC数据发送到基带或DSP处理，作为表示符号和幅度的4位信号，无符号二进制或二进制补码格式，每通道最多3位用于I和Q数据。

还针对3.3 V操作进行了优化，LNA和混频器输入为50Ω。工作温度范围为-40⁰至+85⁰C，在接收模式下，这些部件可消耗相当大的27 mA电流。 Maxim还提供PCB布局指南作为起点。¹

模块和固定解决方案

对于大多数工程师而言，模块的优势在于一切都很小且独立（尽管外部天线可能仍然如此）希望最大化灵敏度）。可安装表面的解决方案非常理想，因为这些模块通常可以安装在某种主板上。更重要的是，今天的许多模块都变得像我们必须使用的独立芯片一样小。

看看Telit Jupiter JF2-B3A3-DR。这个完整的48通道GPS接收器模块比单个4 mm x 4 mm芯片更大，但采用嵌入式闪存并支持国际规格，包括GNSS俄罗斯GPS对应（图2）。作为一个完整且特征化的模块，它将定位精度指定为小于2.5 m，速度精度为0.01 m/s，航向精度小于0.01⁰分辨率。

图2 ：完全集成的模块包括对有源和无源天线的支持。串行访问数据，控制寄存器，RTC和闪存可以减少整个系统芯片数量。

它使用标准的串行总线通信，如I²C，SPI和UART来节省空间，Jupiter F2系列的其他成员也是如此大小的模块。它还具有令人印象深刻的-163 dB灵敏度，具有与蜂窝服务集成以实现半冗余操作的功能（一个或两个信号可能无法始终可用）。

Telit还具有3.3 V Jupiter N3家庭拥有JN3-B3A3-LY等模块。在吸收更高的32 mA电流时，这些模块具有快速定位的特点。在某些情况下，这可能是一个关键特征。该模块还包含一个重要的16 MB闪存，足以用于至少本地目的地的相当好的地图存储。

JN3构建于SiRFstarIV架构之上，使用即时修复和有源干扰清除技术，可以帮助它导航 - 灵敏度为160 dBm，灵敏度为-163 dBm。它还支持基于卫星的增强系统，包括WAAS，EGNOS，MSAS和GAGAN服务。

更多选项

许多新的和经验丰富的玩家正积极支持GPS，并且正在利用大量的RF专业知识来创建精心设计的立即使用的模块。看看Taiyo Yuden的GYSFFMAXX技术，它在自己的小型独立模块中具有出色的-164 dBm灵敏度（图3）。

图3：真实的集成GPS成为类似外围设备的功能，允许嵌入式主机系统将位置视为融合传感输入的一部分。

与许多新的模块化解决方案一样，独立系统还采用了SBAS扩展的星历表支持（BEE和EPO），通过校正由电离层扰动，定时和卫星轨道误差引起的GPS信号误差，提高水平位置精度另一位参赛者是Inventek及其带天线的ISM480F1-C4.1 SiRFstar模块。它还可以监视和验证48 V（1.8 V容差I/O）轨道，具有抗干扰，增量星历表收集（用于快速首次定位）和串行接口（此处为UART，SPI和I²C）。它的-162 dBm灵敏度也非常好。

Antenova是一家天线制造商，也提供高性能GPS模块，如M10382-A1表面贴装模块（图4）。该器件工作电压为1.8或3.3 V（45 mA），是该公司Eval套件支持的Radionova系列接收器之一。还提供更小的M10478-A1模块，在1.8 V电源下可降低33 mA。

图4：利用其天线设计经验，Antenova的GPS模块集成了高性能天线。

总结

虽然对某些人来说是一种令人生畏的技术，但GPS子系统作为外围功能的现代实现已经足够大小和成本降低，使其对设计师非常有吸引力。进入这一领域的更多公司意味着新的概念以及更积极的定价，使得GPS位置感知技术在经济上可用于其他（可能还没有想到）应用程序。